專利名稱:充油聚甲醛材料及其制造方法和應用的制作方法
本發明涉及改性的高分子材料及這種改性高分子材料的制備方法和用途。更具體地說，本發明涉及用油類改性的聚甲醛(POM)材料和這種改性聚甲醛材料的制備方法及應用。
聚甲醛是五大工程塑料之一，它是一種機械強度和剛度高，自潤滑性和耐磨性好，制品尺寸穩定，特別是具有極其優異的耐疲勞性，耐蠕變性和耐化學藥品性的綜合性能優良的塑料。但是普通聚甲醛在相對速度高，負荷較大的情況下，作為摩擦件使用時，由于得不到充分潤滑，摩擦產生的熱不易及時導出，會使零件變形，加速磨損，因此，只能用于制造低速、低負荷條件下工作的摩擦件，使用壽命不能令人滿意。
為了解決聚甲醛材料在高速、高負荷工作條件下的耐磨問題，在本技術領域：
內一般采用兩種方法。一種方法是把聚甲醛(POM)涂覆在金屬板上制成復合材料，以便導出因摩擦產生的熱量；另一種方法是將POM和一些具有自潤滑性能的改性劑，采用共混改性的方法，制成改性的高潤滑聚甲醛。所述的潤滑劑選自由聚四氟乙烯、石墨、二硫化鉬和低分子聚乙烯組成的組。其代表性產品有美國杜邦公司的DELRIN100AF、日本泛塑公司的YF-10和含油POMOL-10等。但是至今未公開這些產品的制造方法。
本發明人經過長期地研究和反復地試驗，發現POM、油品、載體和助劑熔融共混，經擠出和冷卻后，切粒就能夠制得充油的聚甲醛材料。
因此，本發明的目的是提供一種在高速和高負荷下使用的充油聚甲醛材料。
本發明的另一目的是提供所述充油聚甲醛材料的制備方法。
本發明的充油聚甲醛材料是由聚甲醛、油品、載體和助劑構成。
本發明中所使用的聚甲醛沒有任何限制，通常是市售品，包括均聚甲醛，如杜邦DIREN100、共聚甲醛(旭化成4510)，其它的聚甲醛也能使用。
本發明中所使用的油品也沒有特別限制，只要能夠起潤滑作用的油品都行。例如，油品可選自鄰苯二甲酸酯類如鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)或鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)組成組中的一種或幾種；苯三酸酯類如苯三酸三辛酯(TOTM)；磷酸酯類如磷酸三丁酯(TBP)、磷酸辛二苯酯；機油，如摩托車用油、汽車曲軸箱油、液壓油、透平油、冷凍機油或金屬加工油組成組中的任一種或幾種；硅油如甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氫硅油組成組中的一種或幾種。
由于POM與液體潤滑油不能很好地混溶，為了達到油品均勻分散的效果，因此必須使用載體。本發明中所使用的載體要求對所用油品有大的吸收容量，價廉易得。它們選自由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、硅酸鈣、硅酸鎂、高嶺土或滑石所組成組中的一種或幾種。
本發明所使用的助劑為本技術領域：
內通用的助劑，選自由硅膠、固體石蠟、精蠟、氯化乙烯、硬脂酸、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鈉中的一種或幾種。
本發明的充油聚甲醛材料以聚甲醛為100重量份計，加入油品為1-20重量份，優選為2-15重量份，更優選為3-10重量份；加入載體3-15重量份，優選為3-10重量份；加入助劑為0.1-5重量份，優選為0.5-3重量份。
本發明的充油聚甲醛材料具有下述的力學性能拉伸強度 約50MpaIzod缺口沖擊強度 ＞60J/m熱變形溫度 ≥100℃磨耗 1.2mg摩擦系數 0.21。
圖1是本發明的充油聚甲醛材料的電鏡照片。
圖2是本發明的未充油的純聚甲醛材料的電鏡照片。
如圖1所示，本發明的充油聚甲醛材料是一種多相體系，是在普通POM中添加潤滑油后形成了獨特的含油結構。從圖1中可看出，油滴均勻地分散在樹脂內，其大小為0.5-1μ。潤滑油均勻地分散在POM內部，當充油聚甲醛與其它材料摩擦時，含油的POM由于摩擦而磨蝕，其中的潤滑油可以自動地滲出，并附于摩擦面上。正是因為內部的液體潤滑油緩慢滲出，在外界不供油的條件下，能長期保證摩擦表面有一層油膜，起到自潤滑作用，而又不至于有過多的油而產生污染。
本發明的充油聚甲醛材料是用本技術領域：
內眾所周知的設備如雙螺桿擠出機、液體加料泵等制備。首先按配比將聚甲醛、油品、載體和助劑加入雙螺桿擠出機內，在160-210℃溫度下熔融共混后，經擠出并冷卻后切粒即得到充油聚甲醛產品。摩擦性能的表征1.摩擦系數摩擦力與施加在摩擦部件的垂直負荷之比μ＝F/N式中μ表示摩擦系數F表示摩擦力N表示垂直負荷對塑料材料來說，與金屬材料的摩擦不完全相同，即塑料接觸區的變形既非純粹彈性形變，也非純粹的塑性形變，而是介入兩種形變之間。所以在負荷作用下，接觸面積不是與負荷N成正比，形式可用下述公式表示μ＝S/Pm＝塑料的剪切強度/塑料的流動壓力2.磨損和磨耗磨損量＝m1-m2式中m1表示試驗前試樣的質量m2表示試驗后試樣的質量磨損體積V＝(m1-m2)/ρρ受試材料的密度。
表1充油POM的摩擦系數
3.極限PV值PV值是作用在摩擦件投影面上的單位壓力和表面速度的乘積。最大的PV值是指材料摩擦件能夠正常工作的極限PV值。PV值不是一個常數，不同的負荷或不同的速度下其最大PV值亦不同。在一定的速度、負荷范圍內，當速度升高時其最大PV值減小，當負荷增大時，其最大PV值增大。對充油POM材料來說，極限PV值要求達到聚四氟乙烯的7-8倍。
下面，用實施例一步描述本發明。
實施例實施例1-8中，所使用的實驗設備為本技術領域：
內公知的設備，如Φ40雙螺桿擠出機和液體加料泵等。熔融共混溫度為200℃。
表1
試驗步驟如下1.制備預混料步驟按配方將甲醛、油品、載體與助劑加入一個料槽中，在環境溫度下充分攪拌混合，得到均勻混合的預混合物料；2.熔融共混擠出步驟在雙螺桿擠出機中，進行預混合物料的熔融共混擠出。所述的雙螺桿的直徑為Φ40mm，長徑比(L/D)＝32。按工藝過程要求，螺桿分段加熱。在擠出機中，預混合物料經過固體輸送、熔融和熔體混合階段。運轉時，主機轉速為240rpm；喂料轉速為80rpm；3.冷卻切粒步驟從機頭擠出的熱熔融狀物料條先水冷至40℃后，再風冷吹干，經滾刀切成Φ3×3-5mm的顆粒。
本發明充油聚甲醛性能的測試結果列于表2。
表2
從表2中可知，采用雙螺桿擠出機，向聚甲醛樹脂中充入油品，制備充油聚甲醛材料，其摩擦、磨損性能優良，力學特性也較理想。在制備車用零部件和其它的零部件中，完全達到了使用要求。
雖然本申請描述了本發明目前優選的實施方案，但是應當理解，本發明不受這些方案的限制。在不脫離按附屬的權利要求
界定的本發明的范圍內，本領域內的技術人員可以進行改進或變更，都應視為顯而易見。
權利要求
1.一種充油聚甲醛材料，是由聚甲醛、油品、載體和助劑組成，聚甲醛、油品、載體和助劑的重量份數，按聚甲醛為100重量份計，油品為1-20、載體為3-15和助劑為0.1-5份。
2.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的油品為2-15重量份。
3.按權利要求
1或2所述的充油聚甲醛材料，其中所述的油品為3-10重量份。
4.按權利要求
1或2所述的充油聚甲醛材料，其中所述的載體為3-10重量份。
5.按權利要求
1或2所述的充油聚甲醛材料，其中所述的助劑為0.5-3重量份。
6.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的油品選自由鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、苯三酸三辛酯、磷酸三丁酯或磷酸辛二苯酯組成組中的一種或幾種。
7.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的油品選自由摩托車用油、汽車曲軸箱油、液壓油、透平油、冷凍機油或金屬加工油組成組中的一種或幾種。
8.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的油品選自由甲基硅油、苯基硅油、甲苯基硅油或含氫硅油所組成組中的一種或幾種。
9.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的載體選自由超高分子量聚乙烯、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、高嶺土、滑石、硅酸鈣或硅酸鎂組成組中的一種或幾種。
10.按權利要求
1所述的充油聚甲醛材料，其中所述的助劑選自由硅膠、固體石蠟、精蠟、氯化乙烯、硬脂酸、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鈉中的一種或幾種。
11.按權利要求
1-10之任一項所述的充油聚甲醛材料的制備方法，包括如下步驟(1)制備預混料的混合步驟按配方將聚甲醛、油品、載體和助劑一起加入一料槽中，在常溫下，充分攪拌，得到均勻混合的預混合物料；(2)熔融共混擠出步驟把步驟(1)中制備的預混合料加入雙螺桿擠出機中，共混、熔融和熔體混合，并擠出熔融物；(3)冷卻切粒步驟從機頭擠出的熱熔融狀物料條，經水冷卻和風吹干后，再切成顆粒。
12.按權利要求
11的方法，其特征是雙螺桿是分段加熱的。
13.按權利要求
11的方法，其特征是雙螺桿是平行同相旋轉的雙螺桿。
14.按權利要求
11的方法，其特征是雙螺桿中的螺桿直徑為Φ40mm，長徑比＝32。
15.按權利要求
1-10之任一項所述的充油聚甲醛材料制造摩擦件或車用零部件的應用。
專利摘要
本發明提供了一種充油聚甲醛材料，該材料是由POM、油品、載體和助劑組成。還提供了充油聚甲醛材料的制備方法和用途。
文檔編號B29C47/38GKCN1101419SQ99123812
公開日2003年2月12日 申請日期1999年11月12日
發明者張師軍, 翟仁立, 張薇, 高彥杰, 邵靜波, 段淑卿, 李魁, 尹華 申請人:中國石油化工集團公司北京化工研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan